微波标量网络分析仪原理16.doc

专业资料参考首选微波标量网络分析仪原理对单口网络反射系数Γ和双口网络 S参数的幅值进行测量,称为标量网络参数测量。这种测量方式使用广泛,其原因是, (1) 在许多情况下,某些微波元、器件的性能指标只用幅值参数表征,已满足工程设计要求; (2) 幅值参数测量所需的仪器设备成本低,如标量网络分析仪的成本约是矢量网络分析仪的四分之一。本章将标量参数分为两部分讨论,即标量反射参数(Γ、 11S 、 22S )和标量传输参数( 12S 、 21S )。.1 反射计工作原理反射计是构成微波网络分析仪的核心。微波反射参数的点频和扫频测量装置,常用的有定向耦合器和电桥反射计两种,本节讨论它们的工作原理,以定向耦合器反射计为重点。.1-1 定向耦合器反射计工作原理一、理想反射计与测量标量反射参数的原理 :-1(a) 所示。它由微波信号源、反射计和待测负载三部分组成。基本反射计由两只反接定向耦合器组成。-1(a) 为理想电路,即源驻波比 g?=1 ,且输出幅度不变;定向耦合器的方向性为无穷大且无反射,并与晶体检波器 D 4和D 3为理想匹配连接。主线上的入射波经入射耦合器(D i)取样,从端口专业资料参考首选 T 4送入检波器,设T 4的出射波为 b 4; 反射波经反射耦合器(D r)取样,从T 3送入检波器,设T 3的出射波为 b 3。-1(b) 所示。设待测负载反射系数模值为 LΓ,由信流图求出?? LΓS SSbSS aSaS aSb b 41 32 21 2 21 41 2 32 1 41 2 32 4 3???(1-1a) 由两只检波器测出的信号幅度之比为 LΓKb b? 4 3 (1-1b) 式中 K= 41 32 21SSS 为比例常数。由 LΓ可转换为驻波比)1()1( LLLΓΓ????或回波损失)1 lg( 20 LLΓR?。 2. 校准与测量:利用反射计测量Γ之前,需先进行校准(求K) 。通常采用短路器( 质量好的短路板,或在精密测量中采用λ/4 的标准短路器) 作为标准,来确定常数 K 。其方法是:将短路器(Γ=l) 接到反射计的输出端,读得比值为校 43bb ,由式(.1-1b) 求出常数校 43bbK?(a) 反射计基本测量线路; (b) -1 理想反射计 b 2a 2b 3b 4D 3D 4T 3 T 4D rD iT 微波信号源待测负载 T 2 T 1a 1b 2b 3b 4s 21Γ L s 41s 32 (a) 专业资料参考首选当反射计的输出端接待测负载时,读出测 43bb ,按公式(.1-1b) 求出待测负载的反射系数测校校测校测测 4 43 343 434 31b bb bbb bbb bK Γ L????(.1-2) 如果晶体检波器是平方律,则有 43?????????????侧校校侧I II IΓ L (.1-3) 式中 I为检波指示装置(如测量放大器等)的读数。-1(b) 还可以看出,理想反射计的入射指示值 b 4与所接负载 LΓ之值无关, 测校 44bb?,于是式(1-3) 成为 3???????校测I IΓ L (.1-4) 专业资料参考首选它说明当信号源幅度不变时,入射耦合器可以拿掉,变成单定向耦合器反射计,亦称单通道反射计( 前者称双通道反射计)。相当于终端短路时,其入射波被全部反射,由校 3b 来表示线路中的入射波大小,而待测负载的反射波则由测 3b 来表示。在实际中,对定向耦合器的方向性应该要求尽量高,对耦合度要求较强,特别是反射耦合器应更强些,一般不弱于 20dB ,通常取 10dB 或 6dB 、 3dB ,以减少检测的困难。对带宽要求,视具体情况而定。二、实际双定向耦合器反射计分析实际反射计是: (1) 定向耦合器方向性有限,其主线反射不为零, 因而有一小部分入射波耦合到检测装置 D 3中(串话), 一小部分反射波耦合到检测装置 D 4中; (2) 信号源和检波器非理想匹配。因此,在这些实际因素影响下,将使 43bb 不再满足式(.1-1b) 的线性关系,而引入测量误差。经过下面分析表明,若想减小其测量误差,需加入调配器,以提高反射计的测量精度。分析方法是给出信流图,再求其解。 1-1a 改画成四端口网络,如图 1-2 所示。虚线方框内为实际反射计测量装置,有两个耦合器,令其连接面 T左为 2',右为 1',划分为两个“定向耦合器-检波指示装置”组合单元,即入射组合和反射组合。检波器 D 4 检波器 D 3 双定向耦合器 a 4b 4a 3b 3 a 1 a 2 1 2 4 3 1 '2 ' 专业资料参考首选以入射组合为例,-3